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Réparer une fracture complexe sans passer par la case imagerie ni attendre la fabrication d’un implant sur mesure : c’est la promesse d’un nouveau dispositif expérimental mis au point par des ingénieurs biomédicaux. S’inspirant du fonctionnement d’un pistolet à colle chaude, cet outil permet d’imprimer du matériel de greffe osseuse directement à l’intérieur du corps, une approche qui pourrait simplifier considérablement certaines chirurgies orthopédiques.
- Un prototype d’imprimante 3D portative permet d’appliquer une bio-encre directement sur les fractures osseuses.
- Le matériau, composé de polymères et de minéraux osseux, durcit rapidement et délivre des antibiotiques.
- Testé sur des lapins, le dispositif a favorisé la régénération osseuse sans provoquer d’infection.
La réparation des défauts osseux nécessite généralement des procédures lourdes. Dans le cadre de la médecine assistée par la technologie, les protocoles actuels d’impression 3D imposent souvent de scanner la blessure, de modéliser l’implant, puis de le fabriquer hors du bloc opératoire avant de l’implanter. Ce processus peut prendre plusieurs jours, retardant d’autant la prise en charge chirurgicale.
Une impression in situ pour gagner du temps
Pour contourner ces délais, une équipe dirigée par Jung Seung Lee, ingénieur biomédical à l’Université Sungkyunkwan de Séoul, a développé une approche radicalement différente. Leur étude, publiée le 5 septembre dans la revue Device, décrit un système portatif capable d’extruder un matériau de substitution osseuse directement sur la zone lésée.
« Nous pouvons économiser du temps, des coûts et éviter les procédures complexes requises par la fabrication conventionnelle de greffons osseux par impression 3D », explique Jung Seung Lee. L’objectif est de fournir un outil clinique facile à équiper et à manipuler par les chirurgiens, sans nécessiter de fabrication préalable.
Une « bio-encre » active et modulable
Le cœur de l’innovation réside dans la composition de la matière extrudée, qualifiée de « bio-encre ». Celle-ci combine deux éléments couramment utilisés dans les implants médicaux :
- L’hydroxyapatite, un minéral qui favorise les voies de formation osseuse et améliore la régénération tissulaire.
- La polycaprolactone (PCL), un plastique biocompatible qui sert d’échafaudage structurel.
« La PCL est approuvée par la FDA américaine et se dégrade progressivement dans notre corps sur plusieurs mois », précise Lee. « Cela permet le remplacement lent du greffon par le tissu osseux nouvellement formé. » Les chercheurs ont également intégré des antibiotiques au mélange pour prévenir les infections postopératoires, un risque majeur dans ce type d’intervention.
Ce type de matériau hybride rappelle les travaux sur les matériaux bio-inspirés, cherchant à imiter les propriétés naturelles des tissus vivants tout en offrant une structure temporaire.
Adaptation technique et maîtrise thermique
L’utilisation d’un pistolet à colle standard était impossible, ses températures de fonctionnement étant létales pour les tissus vivants. L’équipe a donc modifié le prototype pour limiter la chaleur. Grâce au point de fusion bas de la PCL, la bio-encre peut être appliquée à environ 60 degrés Celsius.
Une fois extrudé, le matériau refroidit et atteint la température corporelle en seulement 40 secondes. Le dispositif permet d’ajuster la direction, l’angle et la profondeur de l’application en temps réel, rendant la procédure rapide — quelques minutes suffisent.
Résultats prometteurs sur le modèle animal
Les chercheurs ont testé leur dispositif sur des fractures fémorales chez des lapins. Les résultats ont été comparés à un groupe témoin traité avec du ciment osseux classique. Le groupe ayant reçu la nouvelle thérapie a montré une meilleure guérison et une régénération supérieure du tissu osseux. De plus, aucun signe d’infection n’a été détecté durant les 12 semaines suivant l’opération.
Malgré ces succès, la prudence reste de mise. Deborah Mason, biologiste moléculaire et cellulaire à l’Université de Cardiff (qui n’a pas participé à l’étude), soulève une limitation potentielle : « La température élevée du matériau extrudé est susceptible de stresser ou de tuer les cellules ». Pour répondre à cette inquiétude, les chercheurs travaillent actuellement à modifier l’embout du dispositif afin d’accélérer le refroidissement du matériau dès sa sortie.
Vers un « stylo à os » pour les chirurgiens ?
L’ambition de Jung Seung Lee est de faire évoluer ce prototype vers un système d’impression multifonctionnel, capable d’incorporer des facteurs de croissance ou d’autres médicaments pour des chirurgies humaines. Cependant, il s’agit pour l’instant d’une preuve de concept. Des protocoles de stérilisation standardisés et des études animales supplémentaires sont indispensables avant d’envisager des essais cliniques.
Pour Nieves Cubo-Mateo, ingénieure en biomatériaux à l’Université Nebrija de Madrid, ce dispositif pourrait devenir un véritable « stylo à os ». Elle souligne toutefois que pour dépasser le stade de simple remplisseur de défauts et devenir un outil régénératif complet, l’imprimante devra probablement être compatible avec les technologies d’imagerie et l’assistance robotique au bloc opératoire. Retrouvez plus de contextes sur les avancées technologiques dans notre dossier complet sur l’intelligence artificielle et la science.
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